[发明专利]一种低轨卫星物联网短时突发载波同步方法及系统

说明书

本发明提出了一种低轨卫星物联网短时突发载波同步方法及系统。该方法为：将短时突发载波信号进行匹配滤波，并捕获与本地序号同步的帧头，计算得到粗频偏估计值；对粗频偏估计后的信号进行扫频，实现精频偏估计；在扫频过程中进行CRC校验，当CRC校验正确时，退出扫频，以此时计算得到的精频偏估计值实现短时突发载波的同步；在扫频过程中如果超出扫频范围，则退出扫频，调整扫频范围后重新进行扫频，直至CRC校验正确时退出扫频，完成短时突发载波同步。该低轨卫星物联网短时突发载波同步方法通过粗频偏估计以及扫频实现精频偏估计结合的方式，可实现MF‑TDMA的载波同步。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及一种低轨卫星物联网短时突发载波同步方法及系统。

背景技术

据预测，到2025年全世界物联网连接将超过270亿，物联网将涉及人类活动的各个领域。但对于依靠无线接入的物联网来说，除了物联网终端外，必须要有广覆盖、海量接入的通信网络。采用大量基站的地面网络，对于大部分陆地地区来说，是可以满足要求的。但是像海洋、戈壁等区域，基站建立与维护困难，建设资金昂贵，均难以建设大量基站。除了传统陆地基站外，建立卫星通信，使之成为地面通信的补充与延伸是可实现方案。

卫星通信系统利用卫星作为中继站来转发无线电波，进而实现终端之间的无线通信。低轨卫星是相对距离地球较近的卫星，可通过星间组网方式形成低轨卫星星座。卫星结为一个整体，对全球范围实现全覆盖，用户可以随时接入网络。低轨卫星具有通信容量大、覆盖面广、全球无缝连接、抗毁灭性强等特点。从物联网角度来说，低轨卫星物联网的本质，是利用低轨卫星作为基站接入，实现全球万物互联的商业价值。

低轨卫星相对地球高速运动，在通信过程中，会形成多普勒频偏。一方面，低轨卫星物联网通信的多普勒频偏达到1200Hz，同时存在250Hz/s的频偏变化率。另一方面，低轨卫星物联网通信数据量小，符号速率低，针对这种短突发通信，多普勒频偏对于信号解调的影响巨大。如何进行载波同步，消除多普勒频偏影响，同时保证载波同步的精度和复杂度，是一项既具有挑战性，又具有研究价值的关键技术。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种低轨卫星物联网短时突发载波同步方法及系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种低轨卫星物联网短时突发载波同步方法，包括以下步骤：

将短时突发载波信号进行匹配滤波，并捕获与本地前导序列同步的帧头，计算得到粗频偏估计值；

对粗频偏估计后的信号在设置的各频偏步长及频偏变化率步长下进行扫频，实现精频偏估计；

在扫频过程中进行CRC校验，当CRC校验正确时，退出扫频，以此时计算得到的精频偏估计值实现短时突发载波的同步；在扫频过程中如果超出扫频范围，则退出扫频，调整扫频范围后重新进行扫频，直至CRC校验正确时退出扫频，完成短时突发载波同步。

该低轨卫星物联网短时突发载波同步方法通过粗频偏估计以及扫频实现精频偏估计结合的方式，可实现MF-TDMA的载波同步。

该低轨卫星物联网短时突发载波同步方法的优选方案：

对匹配滤波后短时突发载波信号采用滑动窗口依次滑动取样，将滑动的信号x与本地序列y做相关运算得到相关信号r；将相关信号r进行FFT变换至频域，寻找相关信号r的频域信号峰值，以及该峰值所处序列位置，捕获到与本地前导序列同步的帧头，得到粗频偏估计值。

粗频偏估计值计算方法为：获得最大相关峰对应的频域点数p，若pFFT点数/2，粗频偏估计值＝-(FFT点数-p)*fs/FFT点数；若pFFT点数/2，粗频偏估计值＝p*fs/FFT点数。

扫频时，在每种频偏步长及频偏变化率步长下基于所述粗频偏估计值计算频偏补偿，频偏补偿＝粗频偏估计值+扫频值，以CRC校验正确时所对应的频偏补偿作为精频偏估计值。